Opte por um motor com acionamento harmónico de eixo oco quando o equipamento necessitar de passagem interna de cabos, tubos, eixos, linhas de vácuo ou percursos óticos. É especialmente adequado para articulações de robôs, sistemas de automação multieixos, equipamento de semicondutores, robótica médica e máquinas de precisão que exijam uma gestão de cabos organizada, compacta e protegida.

Opte por um motor de acionamento harmónico com eixo maciço quando a estrutura da máquina for simples, não for necessário o encaminhamento através do eixo, o controlo de custos for importante e o encaminhamento externo de cabos for aceitável. É uma escolha prática para eixos de automação geral, mesas de indexação, máquinas de embalagem, sistemas de ajuste de transportadores e dispositivos simples de posicionamento rotativo.

O que é um motor de acionamento harmónico de eixo oco?

Um motor de acionamento harmónico de eixo oco é concebido com um orifício no centro do eixo de saída. Este orifício pode ser utilizado para passar cabos elétricos, tubos de ar, linhas de vácuo, cablagem de sensores, fibra ótica, feixes de laser ou até mesmo um eixo mecânico através do centro de rotação.

Esta estrutura é muito útil quando o sistema de automação necessita de rotação contínua ou quando os cabos têm de ser protegidos contra torções. Por exemplo, numa articulação do pulso de um robô, um eixo oco permite que os cabos do efetor final, da câmara, da pinça ou da tocha de soldadura passem pelo centro da articulação. Numa máquina de inspeção, os componentes óticos ou as linhas de ar podem passar pelo eixo rotativo sem criar laços de cabos externos.

As unidades de engrenagem de eixo oco da Harmonic Drive são concebidas para permitir que eixos, fios, tubos ou outros componentes passem diretamente pelo centro da engrenagem, mantendo a precisão e a repetibilidade.

O que é um motor de acionamento harmónico de eixo maciço?

Um motor de acionamento harmónico de eixo maciço utiliza um eixo convencional ou uma flange de saída. Não possui um grande orifício de passagem no centro. A saída pode ligar-se diretamente a uma polia, acoplamento, braço, mesa, dispositivo de fixação ou outra peça mecânica.

Os designs de eixo sólido são comuns em muitas máquinas de automação, pois são simples, compactos e fáceis de instalar. Se o sistema não exigir o encaminhamento de cabos através do eixo, um motor Harmonic Drive de eixo sólido pode ser uma escolha prática e económica.

Por exemplo, os motores de eixo sólido são frequentemente utilizados em pequenas plataformas de posicionamento rotativas, mesas de indexação, eixos de máquinas de embalagem, articulações simples de robôs, eixos de ajuste de transportadores e equipamento de automação laboratorial. Nestas aplicações, os cabos podem ser encaminhados para fora do mecanismo rotativo, pelo que não é necessário um centro oco.

Motores de acionamento harmónico de eixo oco vs. eixo sólido

Item	Motor de acionamento harmónico de eixo oco	Motor de acionamento harmónico de eixo sólido
Estrutura do eixo	Orifício central de passagem	Eixo de saída convencional ou flange
Passagem de cabos	Os cabos, tubos ou eixos podem passar pelo centro	Os cabos são normalmente encaminhados fora do eixo
Disposição mecânica	Mais simples para sistemas rotativos complexos	Mais simples para mecanismos padrão
Ideal para	Articulações de robôs, mesas rotativas, equipamento ótico, sistemas multieixos	Automação geral, indexação, embalagem, movimento rotativo simples
Espaço de instalação	Pode reduzir as voltas de cabos externos	Frequentemente compacto e simples
Custo	Normalmente mais elevado	Normalmente mais baixo
Complexidade do projeto	Requer atenção ao tamanho dos orifícios de passagem e à proteção dos cabos	Mais fácil de conceber e montar
Manutenção	Proteção dos cabos mais fácil, mas o encaminhamento interno deve ser planeado	Acesso mais fácil aos cabos externos
Vantagem típica	Melhor integração e gestão de cabos	Estrutura mais simples e custo mais baixo
Risco de seleção	O orifício de passagem pode reduzir o espaço disponível para rolamentos ou para a estrutura, dependendo do projeto	Os cabos externos podem torcer-se ou interferir com o movimento

Quando escolher um motor Harmonic Drive com eixo oco

Quando é necessário que os cabos passem pelo eixo de rotação

A razão mais importante para escolher um motor de eixo oco é o encaminhamento dos cabos. Se a máquina tiver fios elétricos, tubos pneumáticos, linhas hidráulicas, tubos de vácuo, fibras óticas ou cabos de sensores que tenham de passar por uma articulação rotativa, um design de eixo oco é normalmente a melhor escolha.

Isto é comum em:

• Articulações do pulso de robôs
• Articulações de robôs colaborativos
• Efetores finais de robôs de soldadura
• Sistemas de inspeção por câmara
• Equipamentos de processamento a laser
• Sistemas de manuseamento de pastilhas semicondutoras
• Braços robóticos médicos
• Mesas rotativas com fixações a vácuo

Sem um eixo oco, os cabos podem ter de se curvar à volta da parte exterior da articulação. Isto pode aumentar o desgaste, limitar o ângulo de rotação e criar problemas de manutenção.

Quando é necessária uma rotação contínua

Se um eixo precisar de rodar continuamente ou com frequência num ângulo amplo, os cabos externos podem torcer-se, dobrar-se ou partir-se. Um eixo oco permite ao projetista encaminhar os cabos pelo centro e combinar o projeto com um anel coletor, uma união rotativa ou um sistema de gestão de cabos.

Isto é especialmente útil para mesas rotativas, pulsos robóticos e sistemas de inspeção automatizados, onde o eixo pode rodar repetidamente durante a produção.

Quando a máquina necessita de um layout mais organizado

Um motor de eixo oco pode tornar o layout da máquina mais organizado. Em vez de ter cabos expostos à volta do eixo, o projetista pode escondê-los no interior do eixo. Isto melhora a aparência e pode reduzir o risco de danos nos cabos.

No caso de equipamentos de automação de gama alta, o encaminhamento organizado dos cabos não se resume apenas à aparência. Também ajuda a reduzir a interferência com peças móveis, melhora a segurança e facilita a integração do equipamento em espaços compactos.

Quando as linhas óticas ou de fluidos têm de passar pelo centro

Alguns sistemas requerem mais do que cabos elétricos. Por exemplo, um sistema de inspeção a laser pode necessitar de um percurso de luz através do centro de rotação. Uma mesa rotativa a vácuo pode necessitar de um canal de vácuo através do eixo. Uma máquina de semicondutores pode requerer o encaminhamento de ar, vácuo ou fluidos através de um mecanismo rotativo.

Nestes casos, um design de eixo oco pode simplificar toda a estrutura da máquina.

Quando a aplicação é uma articulação de robô

As articulações de robôs são uma das aplicações mais comuns para motores de acionamento harmónico com eixo oco. Em robôs multieixos, cada articulação necessita frequentemente de cabos de alimentação do motor, cabos de codificador, cabos de travão, fios de sensores e linhas do efetor final. Se todos estes cabos forem encaminhados externamente, o robô torna-se volumoso e mais difícil de manter.

Um design de eixo oco permite o encaminhamento interno dos cabos, o que contribui para uma estrutura do robô mais compacta e profissional.

Quando escolher um motor de acionamento harmónico de eixo maciço

Quando o encaminhamento através do eixo não é necessário

Se o seu equipamento de automação não necessitar que cabos, tubos ou eixos passem pelo centro, um motor de acionamento harmónico de eixo maciço é, muitas vezes, suficiente. Não há necessidade de investir numa estrutura de eixo oco se a máquina funcionar bem com o encaminhamento externo de cabos.

Por exemplo, um eixo de posicionamento rotativo simples pode necessitar apenas do motor para rodar uma mesa ou um dispositivo de fixação. Neste caso, um design de eixo sólido é normalmente a opção mais prática.

Quando o controlo de custos é importante

Os designs de eixo oco são normalmente mais complexos. Podem exigir rolamentos especiais, um espaço de alojamento maior, uma vedação mais cuidadosa e uma montagem mais precisa. Por isso, costumam ser mais caros do que os modelos padrão de eixo sólido.

Para equipamentos de automação em que o custo é um fator determinante, um motor de eixo maciço pode ser a melhor opção, desde que cumpra os requisitos de binário, velocidade, precisão e instalação.

Quando a estrutura da máquina é simples

Para muitas máquinas de embalagem, sistemas de ajuste de transportadores, pequenas mesas de indexação e dispositivos de automação em geral, a estrutura mecânica é simples. O eixo roda dentro de um ângulo limitado e os cabos podem ser fixados no exterior da parte móvel.

Nestes casos, um motor de acionamento harmónico com eixo sólido é mais fácil de instalar e de manter.

Quando se prefere maior simplicidade e robustez

Uma configuração de eixo sólido pode ser mecanicamente simples. Não é necessário ter em conta o diâmetro do furo interior, o raio de curvatura do cabo no interior do eixo ou o espaço interno para o encaminhamento dos cabos. Para aplicações com cargas de choque, movimentos frequentes de arranque e paragem ou saída rotativa simples, esta simplicidade pode ser valiosa.

No entanto, a resistência e a capacidade de sobrecarga dependem sempre da série específica do produto, do tamanho do redutor, do design dos rolamentos e da estrutura do eixo. Por exemplo, a Nabtesco observa que, nos projetos de engrenagens de onda de deformação, as engrenagens do tipo «chapéu» podem proporcionar um eixo oco maior, enquanto as engrenagens do tipo «copo» podem oferecer maior capacidade de sobrecarga. Isto demonstra por que razão os engenheiros devem comparar os dados reais dos catálogos, em vez de assumirem que uma estrutura é sempre mais resistente do que a outra.

Fatores-chave de seleção

Passagem de cabos e tubos

Esta é a primeira questão:

Os cabos, tubos ou componentes passarão pelo centro de rotação?

Se sim, opte por um projeto de eixo oco. Se não, um projeto de eixo maciço pode ser mais económico e simples.

Binário necessário

Tanto os motores de acionamento harmónico com eixo oco como com eixo maciço podem fornecer um binário elevado, mas o binário nominal depende do tamanho da estrutura, da relação de redução, do design dos rolamentos e da potência do motor. A série de redutores de eixo oco FBS da Harmonic Drive, por exemplo, foi concebida com um eixo oco de grandes dimensões e um diâmetro exterior compacto para robôs e máquinas que requerem um cablagem complexa através do eixo de rotação, ao mesmo tempo que privilegia o binário, a rigidez torcional, a longa vida útil e a rotação suave.

Ao selecionar, compare:

• Binário contínuo
• Binário de pico
• Binário de paragem de emergência
• Torque de aceleração admissível
• Velocidade nominal de saída
• Ciclo de trabalho

Não escolha apenas com base no tipo de eixo. Escolha sempre com base nas condições reais de carga.

Diâmetro do orifício de passagem

Nos motores de eixo oco, o tamanho do orifício de passagem é fundamental. Deve ser suficientemente grande para todos os cabos, tubos ou eixos que por ele passam.

Verifique:

• Quantidade de cabos
• Diâmetro exterior do cabo
• Raio mínimo de curvatura
• Tamanho do conector
• Tamanho do tubo de ar ou do tubo de vácuo
• Tamanho do anel deslizante ou da união rotativa
• Espaço para expansão futura

Um erro comum é selecionar um motor de eixo oco com binário suficiente, mas sem espaço interno suficiente para os cabos.

Carga no rolamento de saída

Muitos motores de acionamento harmónico são ligados diretamente a braços, plataformas giratórias, dispositivos de fixação ou articulações de robôs. O rolamento de saída deve suportar forças laterais, de impulso e de inclinação.

Verifique cuidadosamente estas cargas:

Tipo de carga	Significado	Exemplo típico
Carga radial	Carga lateral na saída	Tensão da correia, fixação lateral
Carga axial	Empurrar ou puxar ao longo do eixo	Pressão, elevação, carga vertical
Carga de momento	Força de inclinação na saída	Braço robótico deslocado, mesa em cantiléver

No caso dos motores de eixo oco, o furo interno pode influenciar o design do rolamento e da caixa, dependendo do produto específico. No caso dos motores de eixo maciço, o eixo de saída pode ser mais fácil de ligar a acoplamentos ou polias simples. A seleção final deve seguir as especificações de carga nominal do fabricante.

Espaço de instalação

Um motor de eixo oco pode reduzir o espaço externo para cabos, mas o corpo do motor pode ter um diâmetro maior. Um motor de eixo maciço pode ser mais pequeno e mais fácil de montar, mas pode exigir espaço adicional para a passagem de cabos fora do eixo.

Portanto, a comparação real não se resume apenas ao tamanho do motor. Deve comparar o espaço total da máquina, incluindo:

• Corpo do motor
• Percurso dos cabos
• Espaço livre para conectores
• Proteção dos cabos
• Suporte de montagem
• Acoplamento
• Anel coletor
• União rotativa
• Acesso para manutenção

Ângulo de rotação

Se o eixo rodar apenas 90 graus ou 180 graus, os cabos externos podem ser uma opção aceitável. Se o eixo rodar 360 graus, várias voltas ou de forma contínua, o encaminhamento por eixo oco torna-se muito mais vantajoso.

Tabela comparativa de aplicações

Aplicação	Melhor escolha	Motivo
Articulação do pulso do robô	Eixo oco	Passagem interna de cabos para pinças, sensores, câmaras ou ferramentas
Mesa de indexação simples	Eixo maciço	Normalmente, não é necessário o encaminhamento de cabos através do eixo
Manuseamento de pastilhas semicondutoras	Eixo oco	Passagem organizada para linhas de vácuo, ar e sensores
Eixo rotativo de máquina de embalagem	Eixo maciço	Movimento simples e estrutura económica
Braço robótico médico	Eixo oco	Disposição interna compacta e organizada dos cabos
Pequena plataforma giratória de inspeção	Eixo maciço	Instalação simples e custo reduzido
Equipamento de processamento a laser	Eixo oco	Percurso ótico ou passagem de cabos pelo centro
Eixo de ajuste do transportador	Eixo maciço	Movimento rotativo básico com ligação mecânica simples
Articulação de robô colaborativo	Eixo oco	Melhor proteção dos cabos e design compacto da articulação
Rotação de dispositivos de fixação para serviços pesados	Depende da carga	Comparar o binário, a carga nos rolamentos e o momento nominal

Em última análise, a melhor escolha não se decide apenas com base no eixo oco ou no eixo maciço. O motor de acionamento harmónico correto deve corresponder aos requisitos reais de binário, velocidade, precisão, ciclo de trabalho, inércia da carga, carga nos rolamentos, espaço de instalação e encaminhamento de cabos do sistema de automação. Um design de eixo oco resolve problemas de integração e encaminhamento. Um design de eixo maciço oferece simplicidade e eficiência em termos de custos. A solução certa é aquela que se adapta tanto à estrutura mecânica como aos requisitos de desempenho de movimento do seu equipamento.